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专题 03 细胞呼吸和光合作用
考点 五年考情（2021-2025） 命题趋势
考点1 细胞呼 1.高考对细胞呼吸的考查较多，多
吸 20205、2023、2022年都有考查 借助图形、情景信息或者生活实
（5年3考） 际考查呼吸过程。
2.高考对光合作用的过程与影响光
考点2 光合作 合作用的因素考查较多，多借助
用 2024、2022、2021年都有考查 图文信息，或者与呼吸作用相结
（5年3考） 合等，考查考生的综合应用能
力。
考点 01 细胞呼吸
1．（2025·北京·高考真题）下图是植物细胞局部亚显微结构示意图。在有氧呼吸过程中，细胞不同部位产
生ATP的量不同。以下选项正确的是（ ）
选项 部位1 部位2 部位3 部位4
A 大量 少量 少量 无
B 大量 大量 少量 无
C 少量 大量 无 少量D 少量 无 大量 大量
A．A B．B C．C D．D
【答案】C
【分析】有氧呼吸过程分为3个阶段：
第一阶段：葡萄糖分解为丙酮酸和[H]，释放少量能量，场所：细胞质基质，
第二阶段：丙酮酸和H O彻底分解为CO 和[H]，释放少量能量，场所：线粒体基质，
2 2
第三阶段：[H]和O 结合产生H O，释放大量能量，场所：线粒体内膜。
2 2
【详解】部位1是线粒体基质，进行有氧呼吸第二阶段的反应，产生少量ATP，部位2是线粒体内膜，进
行有氧呼吸第三阶段的反应，可以产生大量ATP，部位3是线粒体外膜，没有ATP生成，部位4是细胞质
基质，可以进行有氧呼吸第一阶段的反应，产生少量ATP，C正确。
故选C。
2．（2025·北京·高考真题）2025年，国家持续推进“体重管理年”行动。为践行“健康饮食、科学运动”，
应持有的正确认识是（ ）
A．饮食中元素种类越多所含能量越高
B．饮食中用糖代替脂肪即可控制体重
C．无氧运动比有氧运动更有利于控制体重
D．在生活中既要均衡饮食又要适量运动
【答案】D
【分析】“健康饮食、科学运动” 是保持身体健康和合理体重的重要方式。健康饮食强调营养均衡，包
含各种营养素；科学运动则要根据个人情况选择合适的运动类型和强度。
【详解】A、饮食中的能量主要取决于有机物（糖类、脂肪、蛋白质）的含量，而非元素种类。例如，脂
肪仅含C、H、O三种元素，但单位质量供能最高。元素种类多与能量无关，A错误；
B、糖类和脂肪均可供能，但脂肪储能更高。若用糖代替脂肪但总热量未减少，反而可能因糖分解快导致
饥饿感增强，且过量糖会转化为脂肪储存，B错误；
C、无氧运动（如短跑）主要消耗糖原，而有氧运动（如慢跑）能持续分解脂肪供能，更利于减脂和控制
体重，C错误；
D、均衡饮食保证营养全面，适量运动促进能量消耗，二者结合是科学控制体重的关键，D正确；
故选D。
3．（2023·北京·高考真题）运动强度越低，骨骼肌的耗氧量越少。如图显示在不同强度体育运动时，骨骼
肌消耗的糖类和脂类的相对量。对这一结果正确的理解是（ ）A．低强度运动时，主要利用脂肪酸供能
B．中等强度运动时，主要供能物质是血糖
C．高强度运动时，糖类中的能量全部转变为ATP
D．肌糖原在有氧条件下才能氧化分解提供能量
【答案】A
【分析】如图显示在不同强度体育运动时，骨骼肌消耗的糖类和脂类的相对量，当运动强度较低时，主要
利用脂肪酸供能；当中等强度运动时，主要供能物质是肌糖原，其次是脂肪酸；当高强度运动时，主要利
用肌糖原供能。
【详解】A、由图可知，当运动强度较低时，主要利用脂肪酸供能，A正确；
B、由图可知，中等强度运动时，主要供能物质是肌糖原，其次是脂肪酸，B错误；
C、高强度运动时，糖类中的能量大部分以热能的形式散失，少部分转变为ATP，C错误；
D、高强度运动时，机体同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，肌糖原在有氧条件和无氧条件均能氧化分解提供
能量，D错误。
故选A。
4．（2022·北京·高考真题）有氧呼吸会产生少量超氧化物，超氧化物积累会氧化生物分子引发细胞损伤。
将生理指标接近的青年志愿者按吸烟与否分为两组，在相同条件下进行体力消耗测试，受试者血浆中蛋白
质被超氧化物氧化生成的产物量如下图。基于此结果，下列说法正确的是（ ）
A．超氧化物主要在血浆中产生
B．烟草中的尼古丁导致超氧化物含量增加C．与不吸烟者比，蛋白质能为吸烟者提供更多能量
D．本实验为“吸烟有害健康”提供了证据
【答案】D
【分析】题意分析，本实验的目的是探究吸烟与否对血浆中蛋白质被超氧化物氧化生成的产物量的影响，
实验结果显示，吸烟组血浆中蛋白质被超氧化物氧化生成的产物量高于不吸烟者，而超氧化物氧化生物分
子生成物量的积累会引发细胞损伤，可见吸烟有害健康。
【详解】A、有氧呼吸会产生少量超氧化物，而有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，可见超氧化物主
要在活细胞中产生，A错误；
B、实验结果可说明吸烟可能导致超氧化物含量增加，但不能证明是尼古丁的作用，B错误；
C、蛋白质是生命活动的主要承担者，在细胞中一般不作为能源物质提供能量，C错误；
D、据柱形图可知，吸烟组血浆中蛋白质被超氧化物氧化生成的产物量高于不吸烟者，而超氧化物氧化生
物分子生成物量的积累会引发细胞损伤，因此，本实验为“吸烟有害健康”提供了证据，D正确。
故选D。
5．（2022·北京·高考真题）在北京冬奥会的感召下，一队初学者进行了3个月高山滑雪集训，成绩显著提
高，而体重和滑雪时单位时间的摄氧量均无明显变化。检测集训前后受训者完成滑雪动作后血浆中乳酸浓
度，结果如下图。与集训前相比，滑雪过程中受训者在单位时间内（ ）
A．消耗的ATP不变
B．无氧呼吸增强
C．所消耗的ATP中来自有氧呼吸的增多
D．骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP增多
【答案】B
【分析】人体无氧呼吸的产物是乳酸。消耗等量的葡萄糖，有氧呼吸产生的ATP多于无氧呼吸。
【详解】A、滑雪过程中，受训者耗能增多，故消耗的ATP增多，A错误；
B、人体无氧呼吸的产物是乳酸，分体题图可知，与集训前相比，集训后受训者血浆中乳酸浓度增加，由
此可知，与集训前相比，滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸增强，B正确；
C、分体题图可知，与集训前相比，集训后受训者血浆中乳酸浓度增加，由此可知，与集训前相比，滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸增强，故所消耗的ATP中来自无氧呼吸的增多，C错误；
D、消耗等量的葡萄糖，有氧呼吸产生的ATP多于无氧呼吸，而滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸
增强，故骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP减少，D错误。
故选B。
考点 02 光合作用
1．（2024·北京·高考真题）五彩缤纷的月季装点着美丽的京城，其中变色月季“光谱”备受青睐。“光
谱”月季变色的主要原因是光照引起花瓣细胞液泡中花青素的变化。下列利用“光谱”月季进行的实验，
难以达成目的的是（ ）
A．用花瓣细胞观察质壁分离现象
B．用花瓣大量提取叶绿素
C．探索生长素促进其插条生根的最适浓度
D．利用幼嫩茎段进行植物组织培养
【答案】B
【分析】当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水分就透过原生质层进入到外界溶液中，由
于原生质层比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，液泡逐渐缩小，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开
来，即发生了质壁分离。
【详解】A、花瓣细胞含有中央大液泡，液泡中含有花青素，因此可用花瓣细胞观察质壁分离现象，A不符
合题意；
B、花 瓣含花青素，而不含叶绿素，因此不能用花瓣提取叶绿素， B符合题意；
C、生长素能促进月季的茎段生根，可利用月季的茎段为材料来探索生长素促进其插条生根的最适浓度，C
不符合题意；
D、月季的幼嫩茎段能分裂，能利用幼嫩茎段的外植体进行植物组织培养，D不符合题意。
故选B。
2．（2024·北京·高考真题）某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的氧
气释放量，结果如图所示。若想提高X，可采取的做法是（ ）
A．增加叶片周围环境CO 浓度
2
B．将叶片置于4℃的冷室中
C．给光源加滤光片改变光的颜色D．移动冷光源缩短与叶片的距离
【答案】A
【分析】温度对光合作用的影响：在最适温度下酶的活性最强，光合作用强度最大，当温度低于最适温度，
光合作用强度随温度的增加而加强，当温度高于最适温度，光合作用强度随温度的增加而减弱。
【详解】A、二氧化碳是光合作用的原料，增加叶片周围环境CO 浓度可增加单位时间单位叶面积的氧气释
2
放量，A符合题意；
B、降低温度会降低光合作用的酶活性，会降低单位时间单位叶面积的氧气释放量，B不符合题意；
C、给光源加滤光片相等于降低了光照强度，会降低光合速率，C不符合题意；
D、移动冷光源缩短与叶片的距离会使光照强度增大，但单位时间单位叶面积的最大氧气释放量可能不变，
因为光饱和点之后，光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强，D不符合题意。
故选A。
3．（2022·北京·高考真题）下列高中生物学实验中，对实验结果不要求精确定量的是（ ）
A．探究光照强度对光合作用强度的影响
B．DNA的粗提取与鉴定
C．探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度
D．模拟生物体维持pH的稳定
【答案】B
【分析】探究光照强度对光合作用强度的影响，自变量是光照强度，因变量是光合作用强度，需要精确测
定不同光照强度下光合作用强度，要求精确定量。
【详解】A、探究光照强度对光合作用强度的影响，需要测定不同光照强度下光合作用强度，要求精确定
量，A错误；
B、DNA的粗提取与鉴定属于物质提取与鉴定类的实验，只需观察是否有相关现象，不需要定量，故对实
验结果不要求精确定量，B正确；
C、探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度，需要明确不同生长素类调节剂浓度下根的生长情况，
要求定量，C错误；
D、模拟生物体维持pH的稳定，需要用pH试纸测定溶液pH值，需要定量，D错误。
故选B。
4．（2022·北京·高考真题）光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO 浓度的
2
关系如下图。据图分析不能得出（ ）A．低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高
B．在一定的范围内，CO 浓度升高可使光合作用最适温度升高
2
C．CO 浓度为200μL·L-1时，温度对光合速率影响小
2
D．10℃条件下，光合速率随CO 浓度的升高会持续提高
2
【答案】D
【分析】由题图分析可得：
（1）图中所展现有两个影响光合速率的因素：一个是CO 的浓度，另一个是温度。
2
（2）当温度相同时，光合速率会随着CO 的浓度升高而增大；当CO 的浓度相同时，光合速率会随着温度
2 2
的升高而增大，达到最适温度时，光合速率达到最高值，后随着温度的继续升高而减小。
（3）当CO 浓度为200μL·L-1时，最适温度为25℃左右；当CO 浓度为370μL·L-1时，最适温度为30℃；当
2 2
CO 浓度为1000μL·L-1时，最适温度接近40℃。
2
【详解】A、分析题图可知，当CO 浓度一定时，光合速率会随着温度的升高而增大，达到最适温度时，光
2
合速率达到最高值，后随着温度的继续升高而减小，A正确；
B、分析题图可知，当CO 浓度为200μL·L-1时，最适温度为25℃左右；当CO 浓度为370μL·L-1时，最适温度
2 2
为30℃；当CO 浓度为1000μL·L-1时，最适温度接近40℃，可以表明在一定范围内，CO 浓度的升高会使光
2 2
合作用最适温度升高，B正确；
C、分析题图可知，当CO 浓度为200μL·L-1时，光合速率随温度的升高而改变程度不大，光合速率在温度的
2
升高下，持续在数值为10处波动，而CO 浓度为其他数值时，光合速率随着温度的升高变化程度较大，曲
2
线有较大的变化趋势，所以表明CO 浓度为200μL·L-1时，温度对光合速率影响小，C正确；
2
D、分析题图可知，10℃条件下，CO 浓度为200μL·L-1至370μL·L-1时，光合速率有显著提高，而370μL·L-1至
2
1000μL·L-1时，光合速率无明显的提高趋势，而且370μL·L-1时与1000μL·L-1时，两者光合速率数值接近同一
数值，所以不能表明10℃条件下，光合速率随CO 浓度的升高会持续提高，D错误。
2
故选D。
5．（2021·北京·高考真题）关于物质提取、分离或鉴定的高中生物学相关实验，叙述错误的是（ ）
A．研磨肝脏以破碎细胞用于获取含过氧化氢酶的粗提液B．利用不同物质在酒精溶液中溶解性的差异粗提DNA
C．依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离
D．利用与双缩脲试剂发生颜色变化的反应来鉴定蛋白质
【答案】C
【分析】绿叶中色素的提取和分离实验，提取色素时需要加入无水乙醇（溶解色素）、石英砂（使研磨更
充分）和碳酸钙（防止色素被破坏）；分离色素时采用纸层析法，原理是色素在层析液中的溶解度不同，
随着层析液扩散的速度不同，最后的结果是观察到四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素（橙黄色）、叶
黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）。
【详解】A、肝脏细胞中存在过氧化氢酶，故需要破碎细胞制成肝脏研磨液来获得过氧化氢酶的粗提液，A
正确；
B、不同物质在酒精溶液中的溶解度不同，故可粗提取DNA，B正确；
C、依据光合色素在层析液中的溶解度不同，对光合色素进行纸层析分离，C错误；
D、蛋白质与双缩脲试剂会发生紫色反应，可以利用与双缩脲试剂发生颜色变化的反应来鉴定蛋白质，D
正确。
故选C。
6．（2021·北京·高考真题）将某种植物置于高温环境（HT）下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正
常温度（CT）下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是（ ）
A．两组植株的CO 吸收速率最大值接近
2
B．35℃时两组植株的真正（总）光合速率相等
C．50℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D．HT植株表现出对高温环境的适应性
【答案】B
【分析】1、净光合速率是植物绿色组织在光照条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积CO 的吸收量
2
或O 的释放量。净光合速率可用单位时间内O 的释放量、有机物的积累量、CO 的吸收量来表示。
2 2 2
2、真正（总）光合速率=净光合速率+呼吸速率。
【详解】A、由图可知，CT植株和HT植株的CO 吸收速率最大值基本一致，都接近于3nmol••cm-2•s-1，A
2
正确；
B、CO 吸收速率代表净光合速率，而总光合速率=净光合速率+呼吸速率。由图可知35℃时两组植株的净光
2
合速率相等，但呼吸速率未知，故35℃时两组植株的真正（总）光合速率无法比较，B错误；C、由图可知，50℃时HT植株的净光合速率大于零，说明能积累有机物，而CT植株的净光合速率不大于
零，说明不能积累有机物，C正确；
D、由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长发育，体现了HT
植株对高温环境较适应，D正确。
故选B。
7．（2025·北京·高考真题）植物的光合作用效率与叶绿体的发育（形态结构建成）密切相关。叶绿体发育
受基因的精细调控，以适应环境。科学家对光响应基因BG在此过程中的作用进行了研究。
(1)实验中发现一株叶绿素含量升高的拟南芥突变体。经鉴定，其BG基因功能缺失，命名为bg。图1是使
用 观察到的叶绿体亚显微结构。与野生型相比，可见突变体基粒（“[”所示）中的 增
多。
(2)已知GK蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录，BG蛋白可以与GK蛋白结合。研究者构建了GK功能缺失
突变体gk（叶绿素含量降低）及双突变体bggk。对三种突变体进行观察，发现双突变体的表型与突变体
相同，由此推测BG通过抑制GK的功能影响叶绿体发育。
(3)为进一步证明BG对GK的抑制作用并探索其作用机制，将一定浓度的GK蛋白与系列浓度BG蛋白混合后，
再加入GK蛋白靶基因CAO的启动子DNA片段，反应一段时间后，经电泳检测DNA所在位置，结果如图
2。分析实验结果可得出BG抑制GK功能的机制是 。
(4)基于突变体bg的表型，从进化与适应的角度推测光响应基因BG存在的意义 。
【答案】(1) 电子显微镜 类囊体
(2)gk
(3)BG 通过与 CAO 启动子 DNA 片段竞争结合 GK 蛋白，从而抑制 GK 与 CAO 启动子 DNA 片段的结合
(4)使植物能够更好地响应光信号，调节自身生理过程，以适应不同光照环境，提高生存和繁殖能力【分析】叶绿体是进行光合作用的场所，叶绿体是双层膜结构，其内部含有基粒，基粒是类囊体堆叠而成，
类囊体膜上含有光合作用有关的色素和酶。
【详解】（1）观察叶绿体亚显微结构需要使用电子显微镜。因为光学显微镜的分辨率有限，无法观察到
叶绿体内部的精细结构，而电子显微镜能够提供更高的分辨率，从而清晰地看到叶绿体的亚显微结构。基
粒是由类囊体堆叠而成的结构。与野生型相比，突变体叶绿素含量升高，且 BG 基因功能缺失，观察可知
突变体基粒中的类囊体（片层）增多。因为叶绿素主要分布在类囊体薄膜上，类囊体增多可能是导致叶绿
素含量升高的原因之一。
（2）已知 GK 蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录，BG 蛋白可以与 GK 蛋白结合。GK 功能缺失突变体
gk 叶绿素含量降低，若 BG 通过抑制 GK 的功能影响叶绿体发育，那么双突变体 bggk 中，由于 GK 本
身功能缺失，BG 也无法发挥抑制 GK 的作用，此时双突变体的表型应该与 gk 突变体相同。
（3）观察图 2 可知，随着 BG 蛋白与 GK 蛋白浓度比的增大，与 GK 蛋白结合的 DNA 片段逐渐减少，
游离 DNA 片段逐渐增多。 这表明 BG 蛋白的存在阻碍了 GK 蛋白与 CAO 启动子 DNA 片段的结合 。
因为 GK 蛋白要发挥功能，需要与靶基因 CAO 的启动子 DNA 片段结合来调控基因表达，而 BG 蛋白浓
度越高，这种结合就越少。所以，BG 抑制 GK 功能的机制是 BG 通过与 CAO 启动子 DNA 片段竞争结
合 GK 蛋白，从而抑制 GK 与 CAO 启动子 DNA 片段的结合。
（4）从进化与适应的角度来看，生物体内的基因存在必然是对生物的生存和繁衍有积极意义的。突变体
bg 由于缺乏光响应基因 BG，其表型可能在某些环境条件下不利于生存。而正常存在光响应基因 BG 时，
植物可以通过 BG 对光信号做出响应，从而更好地调节自身的生理过程，例如，在光照过强时，BG 基因
表达产物可能通过抑制 GK 功能，调节相关基因表达，避免植物因光照过强而受到伤害；在光照较弱时，
可能通过调节使植物更好地利用有限的光能进行光合作用等。这使得植物在不同的光照环境中能够更有效
地进行光合作用，获取能量，提高自身的生存和繁殖能力，以适应复杂多变的环境。
8．（2023·北京·高考真题）学习以下材料，回答下面问题。
调控植物细胞活性氧产生机制的新发现，能量代谢本质上是一系列氧化还原反应。在植物细胞中，线粒体
和叶绿体是能量代谢的重要场所。叶绿体内氧化还原稳态的维持对叶绿体行使正常功能非常重要。在细胞
的氧化还原反应过程中会有活性氧产生，活性氧可以调控细胞代谢，并与细胞凋亡有关。我国科学家发现
一个拟南芥突变体m（M基因突变为m基因），在受到长时间连续光照时，植株会出现因细胞凋亡而引起
的叶片黄斑等表型。M基因编码叶绿体中催化脂肪酸合成的M酶。与野生型相比，突变体m中M酶活性
下降，脂肪酸含量显著降低。为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因，研究人员以诱变剂处理突变体m，
筛选不表现细胞凋亡，但仍保留m基因的突变株。通过对所获一系列突变体的详细解析，发现叶绿体中
pMDH酶、线粒体中mMDH酶和线粒体内膜复合物I（催化有氧呼吸第三阶段的酶）等均参与细胞凋亡过
程。由此揭示出一条活性氧产生的新途径（如图）：A酸作为叶绿体中氧化还原平衡的调节物质，从叶绿
体经细胞质基质进入到线粒体中，在mMDH酶的作用下产生NADH（[H]）和B酸，NADH被氧化会产生活
性氧。活性氧超过一定水平后引发细胞凋亡。在上述研究中，科学家从拟南芥突变体m入手，揭示出在叶绿体和线粒体之间存在着一条A酸-B酸循环途
径。对A酸-B酸循环的进一步研究，将为探索植物在不同环境胁迫下生长的调控机制提供新的思路。
(1)叶绿体通过 作用将CO 转化为糖。从文中可知，叶绿体也可以合成脂肪的组分 。
2
(2)结合文中图示分析，M基因突变为m后，植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是： ，A
酸转运到线粒体，最终导致产生过量活性氧并诱发细胞凋亡。
(3)请将下列各项的序号排序，以呈现本文中科学家解析“M基因突变导致细胞凋亡机制”的研究思路：
。
①确定相应蛋白的细胞定位和功能②用诱变剂处理突变体m③鉴定相关基因④筛选保留m基因但不表现
凋亡的突变株
(4)本文拓展了高中教材中关于细胞器间协调配合的内容，请从细胞器间协作以维持稳态与平衡的角度加以
概括说明 。
【答案】(1) 光合 脂肪酸
(2)M酶活性下降使脂肪酸合成受阻，NADH 消耗减少，同时长时间光照促进产生NADH，NADH 含量升高，
导致A 酸合成过多
(3)②④①③
(4)线粒体与叶绿体之间通过A 酸-B 酸循环协同合作，将叶绿体中的[H]运输到线粒体氧化，以维持叶绿体
内氧化还原稳态
【分析】本实验为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因，由此揭示A酸作为叶绿体中氧化还原平衡的调节
物质，从叶绿体经细胞质基质进入到线粒体中，在mMDH酶的作用下产生NADH（[H]）和B酸，NADH被
氧化会产生活性氧。
【详解】（1）叶绿体通过光合作用将CO 转化为糖。由于M基因编码叶绿体中催化脂肪酸合成的M酶。
2
可推测叶绿体也可以合成脂肪的组分脂肪酸。
（2）据图可知，M基因突变为m后，植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是：M酶活性下降使
脂肪酸合成受阻，NADH 消耗减少，同时长时间光照促进产生NADH，NADH 含量升高，导致A 酸合成过
多。
（3）为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因，研究人员以诱变剂处理突变体m，筛选不表现细胞凋亡
（不出现叶片黄斑），但仍保留m基因的突变株（叶绿体中脂肪酸含量减低），通过对所获一系列突变体的详细解析，进而①确定相应蛋白的细胞定位和功能，发现叶绿体中pMDH酶、线粒体中mMDH酶和线粒
体内膜复合物I（催化有氧呼吸第三阶段的酶）等均参与细胞凋亡过程，最后③鉴定相关基因，正确顺序
为②④①③。
（4）结合题意和图文，叶绿体内氧化还原稳态的维持对叶绿体行使正常功能非常重要，叶绿体和线体协
调配合，维持细胞的稳态与平衡：线粒体与叶绿体之间通过A 酸-B 酸循环协同合作，将叶绿体中的[H]运
输到线粒体氧化，以维持叶绿体内氧化还原稳态。
9．（2021·北京·高考真题）近年来发现海藻糖-6-磷酸（T6P）是一种信号分子，在植物生长发育过程中起
重要调节作用。研究者以豌豆为材料研究了T6P在种子发育过程中的作用。
(1)豌豆叶肉细胞通过光合作用在 中合成三碳糖，在细胞质基质中转化为蔗糖后运输到发育的种
子中转化为淀粉贮存。
(2)细胞内T6P的合成与转化途径如下：
底物 T6P 海藻糖
将P酶基因与启动子U（启动与之连接的基因仅在种子中表达）连接，获得U-P基因，导入野生型豌豆中
获得U-P纯合转基因植株，预期U-P植株种子中T6P含量比野生型植株 ，检测结果证实了预期，
同时发现U-P植株种子中淀粉含量降低，表现为皱粒。用同样方法获得U-S纯合转基因植株，检测发现植
株种子中淀粉含量增加。
(3)本实验使用的启动子U可以排除由于目的基因 对种子发育产生的间接影响。
(4)在进一步探讨T6P对种子发育的调控机制时，发现U-P植株种子中一种生长素合成酶基因R的转录降低，
U-S植株种子中R基因转录升高。已知R基因功能缺失突变体r的种子皱缩，淀粉含量下降。据此提出假说：
T6P通过促进R基因的表达促进种子中淀粉的积累。请从①~⑤选择合适的基因与豌豆植株，进行转基因
实验，为上述假说提供两个新的证据。写出相应组合并预期实验结果 。
①U-R基因 ②U-S基因 ③野生型植株④U-P植株 ⑤突变体r植株
【答案】(1)叶绿体基质
(2)低
(3)在其他器官（过量）表达
(4)②⑤ 与突变体r植株相比，转基因植株种子的淀粉含量不变，仍皱缩
①④ 与U-P植株相比，转基因植株种子淀粉含量增加，为圆粒
②④ 与U-P植株相比，转基因植株种子R基因转录提高，淀粉含量增加，为圆粒
【分析】1、光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，其中光合作用的光反应阶段，在叶绿体类囊体薄膜
上进行；暗反应阶段，在叶绿体基质上进行。
2、启动子是位于基因的首端，是一段特殊的DNA序列，用于驱动基因的转录。
【详解】（1）豌豆叶肉细胞通过光合作用形成三碳糖是暗反应过程，该过程发生在叶绿体基质中。
（2）结合题意可知，P酶基因与启动子U结合后则可启动U基因表达，则P基因在种子中表达增高，P酶
增多，T6P更多转化为海藻糖，故预期U-P植株种子中T6P含量比野生型植株低。
（3）结合题意可知，启动子U启动与之连接的基因仅在种子中表达，该过程可以排除由于目的基因在其
他器官（过量）表达对种子发育产生的间接影响。（4）分析题意可知，本实验的目的是验证T6P通过促进R基因的表达促进种子中淀粉的积累，且结合
（2）可知，U-P植株种子中淀粉含量降低，表现为皱粒。用同样方法获得U-S纯合转基因植株，检测发现
植株种子中淀粉含量增加，实验设计应遵循对照与单一变量原则，故可设计实验如下：
②（U-S基因，S酶可以较高表达）⑤ （R基因功能缺失突变体），与突变体r植株相比，转基因植株种子
的淀粉含量不变，仍皱缩；
①（U-R基因，R基因表达较高）④ （U-P植株，P基因表达较高），与U-P植株相比，转基因植株种子淀
粉含量增加，为圆粒；
②（U-S基因，S酶可以较高表达）④ （U-P植株，P基因表达较高），与U-P植株相比，转基因植株种子
R基因转录提高，淀粉含量增加，为圆粒。
【点睛】本题主要考查光合作用和基因的表达等知识点，要求学生掌握光合作用的过程以及物质变化和发
生的场所，理解基因表达的过程和意义，能够正确获取有效信息是突破该题的关键。
1．（2025·北京大兴·模拟预测）种皮会限制O 进入种子。豌豆干种子吸水萌发实验中，子叶耗氧量、乙醇
2
脱氢酶活性与被氧化的NADH的关系如图所示。已知无氧呼吸中，乙醇脱氢酶催化生成乙醇，与此同时
NADH被氧化。下列说法不正确的是（ ）
A．p点为种皮被突破的时间点
B．阶段Ⅱ种子内O 浓度降低限制了有氧呼吸
2
C．阶段Ⅲ种子无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐增加
D．q处种子产生的CO 量多于消耗的O 量
2 2
【答案】C
【分析】在种皮被突破前，种子主要进行无氧呼吸，种皮被突破后，种子吸收氧气量增加，有氧呼吸加强，
无氧呼吸减弱。
【详解】A、由图可知，p点乙醇脱氢酶活性开始下降，子叶耗氧量急剧增加，说明此时无氧呼吸减弱，有
氧呼吸增强，该点为种皮被突破的时间点，A正确；
B、Ⅱ阶段种子内O 浓度降低限制了有氧呼吸，使得子叶耗氧速率降低，但为了保证能量的供应，乙醇脱
2
氢酶活性继续升高，加强无氧呼吸提供能量，B正确；
C、Ⅲ阶段种皮已经被突破，氧气浓度增大，乙醇脱氢酶活性降低，无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐降低，C错误；
D、q处种子无氧呼吸与有氧呼吸同时进行，无氧呼吸会产生二氧化碳，有氧呼吸消耗的氧气等于产生的二
氧化碳，因此q处种子产生的CO 量多于消耗的O 量，D正确。
2 2
故选C。
2．（2025·北京昌平·二模）小肠上皮细胞吸收葡萄糖（Glc）的过程如图所示，下列叙述错误的是（ ）
A．GLUT2转运葡萄糖的方式为协助扩散
B．钠钾泵消耗的ATP可来源于细胞呼吸第一阶段
C．图中葡萄糖的吸收途径均需载体蛋白协助
D．钠钾泵抑制剂不会影响SGLT转运葡萄糖
【答案】D
【分析】小分子物质跨膜运输的方式包括：自由扩散、协助扩散、主动运输。自由扩散高浓度到低浓度，
不需要载体，不需要能量；协助扩散是从高浓度到低浓度，不需要能量，需要载体；主动运输从低浓度到
高浓度，需要载体，需要能量。大分子或颗粒物质进出细胞的方式是胞吞和胞吐，不需要载体，消耗能量。
【详解】A、据图可知，葡萄糖进入小肠上皮细胞需要借助钠离子提供的势能，方式是主动运输，说明葡
萄糖的浓度是细胞外低于细胞内，则GLUT2转运葡萄糖出小肠上皮细胞的方式为顺浓度梯度的协助扩散，
A正确；
B、钠钾泵是一种主动运输蛋白，它通过消耗ATP来维持细胞内外的钠离子和钾离子浓度梯度，消耗的ATP
可来源于细胞呼吸第一阶段（以及有氧呼吸第二、三阶段），B正确；
C、图中小肠上皮细胞吸收葡萄糖的过程涉及两种主要的转运蛋白SGLT1和GLUT2，无论是通过SGLT1进行
的主动运输，还是通过GLUT2进行的协助扩散，都需要载体蛋白的协助，C正确；
D、SGLT的转运过程依赖于细胞内外钠离子的浓度梯度，而钠钾泵负责维持这一梯度。如果钠钾泵被抑制
剂抑制，细胞内外钠离子的浓度梯度将无法维持，进而影响SGLT对葡萄糖的转运，D错误。
故选D。
3．（2025·北京东城·二模）真核细胞正常的生理功能与生物膜的完整性密切相关。下列说法错误的是（
）A．内质网和高尔基体膜受损会影响蛋白质的正常折叠
B．线粒体内膜受损会导致有氧呼吸的第三阶段受阻
C．类囊体膜受损会导致叶绿体内NADP+和ADP含量降低
D．溶酶体膜受损会导致细胞无法消化衰老、损伤的细胞器
【答案】C
【分析】细胞器的分类：①具有双层膜结构的细胞器有：叶绿体、线粒体．具有双层膜结构的细胞结构有
叶绿体、线粒体和核膜；②具有单层膜结构的细胞器有内质网、高尔基体、溶酶体、液泡．具有单层膜结
构的细胞结构有内质网、高尔基体、溶酶体、液泡和细胞膜；③不具备膜结构的细胞器有核糖体和中心体；
④能产生水的细胞器有线粒体、核糖体、高尔基体、叶绿体；⑤与碱基互补配对有关的细胞器有核糖体、
叶绿体、线粒体；⑥含有 DNA 的细胞器有叶绿体和线粒体；⑦含有 RNA 的细胞结构有叶绿体、线粒体
和核糖体。
【详解】A、内质网和高尔基体是蛋白质合成和加工的场所，若内质网和高尔基体膜受损会影响蛋白质的
正常折叠，A正确；
B、线粒体内膜向内折叠形成嵴增大了酶的附着面积，有氧呼吸的第三阶段在线粒体内膜上进行，若线粒
体内膜受损会导致有氧呼吸的第三阶段受阻，B正确；
C、类囊体膜受损会影响光合作用光反应的进行，使ATP和NADPH生成减少，进而导致叶绿体内NADP+和
ADP含量升高，C错误；
D、溶酶体中含有多种水解酶，能分解衰老、损伤的细胞器，若溶酶体膜受损则会导致细胞无法消化衰老、
损伤的细胞器，D正确。
故选C。
4．（2025·北京海淀·一模）玉米被腐霉菌、青枯杆菌侵染会患青枯病，下列叙述正确的是（ ）
A．腐霉菌和玉米细胞含有C、H、O、N、P等元素
B．玉米细胞和青枯杆菌在线粒体内进行有氧呼吸
C．腐霉菌和青枯杆菌在细胞核中进行DNA复制
D．青枯杆菌和玉米细胞在核糖体上进行转录
【答案】A
【分析】糖类的元素组成：一般是C、H、O，有些含有N；脂质的元素组成：主要含C、H、O，有的含有
N、P；蛋白质的元素组成：主要为C、H、O、N，也含有少量P、S；核酸的元素组成：C、H、O、N、P。
【详解】A、细胞中主要元素含有C、H、O、N、P和S，腐霉菌和玉米细胞含有C、H、O、N、P等元素，
A正确；
B、线粒体是有氧呼吸的主要场所，而青枯杆菌为原核生物，细胞中没有线粒体，B错误；
C、青枯杆菌为原核生物，没有细胞核，C错误；
D、青枯杆菌和玉米细胞在核糖体上进行翻译，核糖体是合成蛋白质的场所，D错误。
故选A。
5．（2025·北京顺义·一模）Y蛋白主要存在于肿瘤细胞线粒体的内外膜间隙，可与丙酮酸转运蛋白相互作
用，抑制丙酮酸进入线粒体。相关叙述正确的是（ ）A．丙酮酸转运蛋白主要分布于线粒体基质
B．丙酮酸可在肿瘤的细胞质基质中转化为乳酸
C．推测肿瘤细胞主要依靠有氧呼吸第三阶段供能
D．敲除Y基因的肿瘤细胞耗氧速率明显降低
【答案】B
【分析】高等植物的细胞呼吸可以分为有氧呼吸和无氧呼吸两类，有氧呼吸分为三个阶段，分别为葡萄糖
在细胞质基质分解为丙酮酸和[H]，丙酮酸在线粒体基质分解为二氧化碳和[H]，氧气和[H]在线粒体内膜上
生成水三个过程。而无氧呼吸是在没有氧气的条件下，第一阶段产生的丙酮酸在细胞质基质被分解为酒精
和二氧化碳。
【详解】A、丙酮酸转运蛋白的作用是将丙酮酸从细胞质基质转运至线粒体基质，其位于线粒体内膜，而
非线粒体基质中，A错误；
B、Y蛋白抑制丙酮酸进入线粒体，导致丙酮酸无法参与线粒体内的有氧呼吸（如柠檬酸循环）。此时，肿
瘤细胞通过无氧呼吸（糖酵解）在细胞质基质中将丙酮酸转化为乳酸，以维持能量供应，B正确；
C、有氧呼吸第三阶段（氧化磷酸化）依赖前两阶段的产物（如NADH和FADH₂）。若丙酮酸无法进入线粒
体，则柠檬酸循环无法进行，第三阶段反应物不足，肿瘤细胞主要依赖糖酵解（无氧呼吸）供能，而非有
氧呼吸第三阶段，C错误；
D、敲除Y基因后，Y蛋白的抑制作用解除，丙酮酸可正常进入线粒体参与有氧呼吸，线粒体耗氧速率应升
高而非降低，D错误。
故选C。
6．（2025·北京海淀·一模）近年，我国人工智能领域综合实力迈上新台阶，这将成为我国赢得全球科技竞
争主动权的重要战略抓手。某同学假期预习教材时，想利用我国人工智能大模型检索、学习一些学科问题，
下列检索的问题合理的是（ ）
A．乳酸菌进行有丝分裂的过程包含几个阶段
B．线粒体外膜上哪些酶参与催化ATP的合成
C．服用哪种抗生素可以有效治疗甲型流感
D．破坏内环境酸碱平衡的最低乳酸量是多少
【答案】D
【分析】真核细胞的分裂方式：有丝分裂、减数分裂和无丝分裂。原核细胞的分裂方式：二分裂。
【详解】A、乳酸菌属于细菌，细菌进行的是二分裂，有丝分裂是真核细胞的分裂方式，所以该问题不合
理，A错误；
B、ATP 的合成主要在线粒体内膜上进行，由线粒体内膜上的 ATP 合成酶催化，线粒体外膜一般不参与
ATP 的合成，所以该问题不合理，B错误；
C、甲型流感是由病毒引起的，抗生素主要作用于细菌，对病毒无效，所以该问题不合理，C错误；
D、内环境具有一定的酸碱平衡调节能力，探究破坏内环境酸碱平衡的最低乳酸量是有意义且合理的问题，
D正确。
故选D。7．（2025·北京大兴·模拟预测）为了构建叶绿素a含量与蓝细菌密度的相关曲线。下表中目的和步骤对应
有误的一项是（ ）
选项 实验目的 简要操作步骤
测定样液蓝细菌数
A 将不同浓度蓝细菌摇匀，稀释后分别用细菌计数板计数
量
B 浓缩蓝细菌 分别对等量样液离心，取下层沉淀物
C 提取叶绿素 将浓缩的蓝细菌用等量无水乙醇重新悬浮
D 测定叶绿素a含量 以无菌水作对照，利用分光光度计进行定量测定
A．A B．B C．C D．D
【答案】D
【分析】蓝细菌属于原核生物，无以核膜为界限的细胞核，含有叶绿素和藻蓝素，能进行光合作用，是自
养生物。
【详解】A、将不同浓度蓝细菌摇匀，稀释后分别用细菌计数板计数，这样能准确测定样液蓝细菌数量，A
正确；
B、对等量样液离心，蓝细菌因密度较大等原因会沉淀在下层，取下层沉淀物可浓缩蓝细菌，B正确；
C、叶绿素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中，将浓缩的蓝细菌用等量无水乙醇重新悬浮，可提取叶绿素，C
正确；
D、测定叶绿素a含量时，应使用无水乙醇作对照，而不是无菌水，因为叶绿素是溶解在无水乙醇中的，
以无菌水作对照不能准确测定叶绿素a含量，D错误。
故选D。
8．（2025·北京·模拟预测）使用打孔器打出圆形小叶片若干个，向装满水的注射器中加入圆形小叶重复抽
拉以排出叶片中气体。将圆形叶片随机分组后放入清水中，分别放置不同距离的光源，记录、统计每组圆
形小叶浮起水面所需时间均值。关于本实验的说法中，错误的是（ ）
A．小叶浮起的原因是由于光合作用产生O 所致 B．距离光源越远的组小叶浮起所需时间越长
2
C．使用苏打水代替清水后，小叶浮起所需时间变短 D．水温越高小叶浮起所需
时间越来越短
【答案】D
【分析】利用真空渗入法排除叶肉细胞间隙的空气，充入水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植
物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相
同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用的强弱。
【详解】A、叶片在光下进行光合作用产生氧气，氧气积累在叶片细胞间隙等部位，使叶片浮力增大从而
浮起，A正确；
B、距离光源越远，光照强度越弱，光合作用强度相对越低，产生氧气的速率越慢，所以小叶浮起所需时
间越长，B正确；C、苏打水（碳酸氢钠溶液）能提供二氧化碳，二氧化碳是光合作用的原料，在一定范围内增加二氧化碳
浓度可增强光合作用，使产生氧气的速率加快，小叶浮起所需时间变短，C正确；
D、在一定范围内，温度升高会使光合作用相关酶的活性增强，光合作用速率加快，小叶浮起所需时间变
短；但当温度过高时，会使酶的活性降低甚至失活，光合作用速率下降，小叶浮起所需时间变长，并不是
水温越高小叶浮起所需时间就越短，D错误。
故选D。
9．（2025·北京·模拟预测）生物学实验需选择合适的实验材料才能达成相应的目的，用黑藻叶片作为实验
材料不能完成的实验是（ ）
A．观察细胞质的流动 B．观察质壁分离与复原
C．光合色素的提取与分离 D．观察有丝分裂过程
【答案】D
【分析】黑藻属于真核生物，含有叶绿体，可用作观察叶绿体的实验材料，叶绿体中含有光合色素，故黑
藻也可用作“光合色素的提取和分离”实验的材料。成熟的植物细胞因含有大液泡，可用于质壁分离和复
原实验的观察。
【详解】A、黑藻叶片细胞含有叶绿体，可在显微镜下清晰观察到叶绿体的运动（指示细胞质流动），是
完成此实验的理想材料，A错误；
B、黑藻叶片细胞为成熟植物细胞，具有中央大液泡和细胞壁，可通过蔗糖溶液等诱导质壁分离及清水复
原，现象明显，B错误；
C、黑藻叶片富含叶绿素和类胡萝卜素等光合色素，可用无水乙醇提取，并通过纸层析法分离色素条带，C
错误；
D、黑藻叶片中叶肉细胞是高度分化的细胞，不能进行细胞分裂，因此不能用于有丝分裂的观察，D正确。
故选D。
10．（2025·北京·模拟预测）下列实验中，未体现实验设计的对照原则的是（ ）
A．探究植物细胞的吸水和失水 B．探究酵母菌细胞呼吸的方式
C．绿叶中色素的提取和分离 D．DNA的粗提取和鉴定
【答案】C
【分析】对照原则是科学实验设计的基本原则之一，目的是通过设置对照组和实验组，排除无关变量的干
扰，从而更准确地验证实验变量的影响
【详解】A、通过观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离与复原探究植物细胞的吸水和失水，体现了
自身前后对照原则；A正确；
B、探究酵母菌细胞呼吸的方式实验分通气与密闭两组，体现了相互对照原则，B正确；
C、仅光合色素的提取分离实验未体现对照原则，C错误；
D、DNA的粗提取物鉴定时，需要取两支试管，各加入NaCl溶液，将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管，
然后向两支试管中加入二苯胺试剂，混合并沸水浴加热比较两支试管中溶液颜色的变化，未加入粗提取物
的试管为对照组，D正确。
故选C。11．（2025·北京昌平·二模）下列技术与其推动的科学发现的促进关系中，叙述错误的是（ ）
A．电子显微镜的发明促进细胞学说的提出
B．差速离心法的应用促进对细胞器的认识
C．同位素标记法的应用促进光合作用过程的探索
D．X射线衍射技术的应用促进DNA双螺旋结构模型的建立
【答案】A
【分析】差速离心法可以通过不同的离心速度将细胞内大小、密度不同的细胞器分离开来，使得科学家能
够单独对各种细胞器进行研究和分析，从而极大地促进了对细胞器的结构、功能等方面的认识。像线粒体、
叶绿体、内质网等细胞器的详细研究，都得益于差速离心法的应用。
【详解】A、细胞学说由施莱登、施旺等在19世纪中期提出，而电子显微镜发明于20世纪30年代。当时
科学家使用的是光学显微镜，电子显微镜的出现与细胞学说无直接关联，A错误；
B、差速离心法通过密度差异分离细胞器，帮助科学家研究线粒体、叶绿体等结构和功能，B正确；
C、同位素可用于追踪物质运行和变化的规律，同位素标记法的应用促进光合作用过程的探索，C正确；
D、X射线衍射技术为沃森和克里克提供关键数据，推动DNA双螺旋结构模型的建立，D正确。
故选A。
12．（2025·北京丰台·二模）高中生物学教材经典实验中，未使用放射性同位素标记技术的是（ ）
A．探究胰腺腺泡细胞中分泌蛋白的合成和运输途径
B．探究光合作用暗反应阶段碳元素的转移过程
C．利用T2噬菌体侵染细菌证明DNA是遗传物质
D．利用密度梯度离心技术证明DNA的复制方式
【答案】D
【分析】具有放射性的同位素有：14C、32P、3H、35S等；不具有放射性的有：15N、18O等。
【详解】A、探究胰腺腺泡细胞中分泌蛋白的合成和运输途径，使用了3H标记，3H具有放射性，A错误；
B、探究光合作用暗反应阶段碳元素的转移过程，使用14C标记，14C具有放射性，B错误；
C、利用T2噬菌体侵染细菌证明DNA是遗传物质，使用了32P和35S标记，二者均具有放射性，C错误；
D、利用密度梯度离心技术证明DNA的复制方式，使用了15N标记，15N不具有放射性，D正确。
故选D。
13．（2025·北京·模拟预测）乳酸菌产生的乳酸在食品行业用途广泛。研究者利用重组大肠杆菌生产乳酸，
提高生产效率。
(1)大肠杆菌通过下图所示细胞呼吸的第一阶段将其分解为[A] （填A的名称），进而发酵产生乳
酸，同时还有乙酸、琥珀酸等副产物，据图可知大肠杆菌的呼吸作用类型为 。(2)研究人员从野生型大肠杆菌中筛选到菌株甲，先通过转入重组片段实现甲拟核上的F酶基因敲除，再将
庆大霉素抗性基因（Gm’）去除，最终获得菌株乙，过程如图所示（图中只显示与基因敲除有关的片段）。
在实际发酵中，使用的菌株乙需要将重组片段上庆大霉素抗性基因（Gm’）去除，其目的是 。
(3)用相同方法获得F酶、T酶双基因敲除菌株丙。将等量乙、丙分别接种于发酵罐中。
①前期发酵供给充足的氧气，当菌体浓度达到一定浓度，调整后期发酵条件，使体系从好氧生长阶段进入
厌氧发酵阶段。前期和后期发酵条件不同设置的目的为 。为达到该目的，可以调整发酵罐的温
度、 等外界条件。
②实践生产中进入厌氧发酵阶段后，需要随时监测并及时补充营养物质保证连续发酵。乙、丙菌株两阶段
发酵过程各产物的变化如图3所示。综合下图结果和生产实践，你认为哪种菌株更适合做生产菌种并阐述
理由 。
【答案】(1) 丙酮酸 有氧呼吸和无氧呼吸
(2)菌株的Gmr基因表达需要消耗物质和能量，造成浪费（发酵产品中含有抗生素会引发安全性问题）
(3) 前期促进菌体快速增殖，后期转向乳酸高效发酵 pH、氧气浓度 丙
【分析】发酵工程的中心环节应该注意：
发酵罐内的发酵是发酵工程的中心环节，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进
程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅会影响微生
物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢产物的形成。
【详解】（1）大肠杆菌通过细胞呼吸第一阶段将葡萄糖分解为丙酮酸，从图中看出大肠杆菌可以将葡萄
糖分解为CO 和H O，也可以将其分解为乳酸，所以大肠杆菌的呼吸作用类型为有氧呼吸和无氧呼吸。
2 2（2）庆大霉素属于抗生素，在实际发酵中，使用的菌株乙需要将重组片段上庆大霉素抗性基因（Gm’）去
除，Gmr是抗生素抗性基因，只是用于筛选，若发酵产品中含有抗生素会引发安全性问题，因此实际发酵
使用的菌株乙要将引入的Gmr去除。
（3）①前期发酵供给充足的氧气，可以促进大肠杆菌增殖，当菌体浓度达到一定浓度，调整后期发酵条
件，使体系从好氧生长阶段进入厌氧发酵阶段，获得产物，所以前期和后期发酵条件不同设置的目的为前
期促进菌体快速增殖，后期转向乳酸高效发酵。发酵过程中调整调整发酵罐的温度、pH、氧气浓度等外界
条件。
②菌株乙敲除了F酶基因和庆大霉素抗性基因（Gm’），菌株丙敲除了F酶、T酶双基因，实验目的是利用
重组大肠杆菌生产乳酸，比较菌株乙和菌株丙两图，菌株乙副产物含量更高，乳酸含量二者基本相同，所
以选择菌株丙更适合做生产菌种。
14．（2025·北京·模拟预测）学习以下材料，回答问题。
癌细胞的神奇变身
小细胞肺癌（SCLC）起源于支气管的神经内分泌细胞，传统疗法对SCLC疗效有限，亟需探索新的治疗靶点
为破解这一“癌症之王”提供全新思路。
研究人员发现，SCLC肿瘤组织中的神经内分泌细胞（NE）与非NE细胞共存。NE细胞展现出类似神经无的
电兴奋性，在受到刺激后能产生动作电位，而非NE细胞则不具备这一特性。体外实验结果显示NE细胞存
在向内或向外的阳离子电流，且动作电位可以被河豚毒素TTX（Na+通道阻断剂）完全抑制。SCLC发展早期
肿瘤区域的神经支配显著增加，神经末梢分泌的乙酰胆碱通过激活其受体触发NE细胞的电活动，NE细胞
兴奋后向外释放Ca2+流，并可跨越无细胞区域传播，并不依赖突触传递兴奋。随着SCLC发展到晚期，肿瘤
组织中的NE细胞逐渐摆脱外部神经支配的依赖，转而通过自主合成乙酰胆碱维持自发的电活动，β ~微管
3
蛋白等神经元标志分子以及乙酰胆碱受体含量也相应上调。
由于电活动需要大量能量，NE细胞因高ATP需求依赖有氧呼吸Ⅱ、Ⅲ阶段，而非传统癌细胞仅依赖糖酵解
过程（第I阶段）。随着SCLC的发展，研究人员发现部分NE细胞的基因表达发生重要变化，失去神经内
分泌特性，变成了非NE细胞。非NE细胞通过分泌乳酸和丙酮酸补充支持NE细胞的能量需求，这种代谢
穿梭机制维持了NE细胞的电活动。
SCLC肿瘤细胞能够形成自己的电活动网络，类似于人体的神经系统。这种能力可能使这些癌细胞对其周围
环境的依赖性降低。研究发现NE细胞的电活动通过Ca2+信号通路激活促癌基因（如CREB），增强其转移
能力和耐药性。尽管在DNA中具有相同的致癌基因突变，研究人员在小鼠中观察到非NE细胞并没有扩散
并在身体其他部位形成肿瘤。进一步研究发现TTX并不会杀死体外培养的NE细胞，但降低了它们形成长
期肿瘤的潜力，对非NE细胞则没有影响。在人类SCLC样本中，高度表达神经元标志分子及乙酰胆碱受体
的肿瘤细胞更具侵袭性，患者的生存期也明显缩短。
综上所述，“神经元”化的NE细胞推动了SCLC肿瘤生长和扩散，这是导致患者癌症死亡的主要原因。上
述发现也为其他神经内分泌肿瘤的研究、治疗提供了新视角。
(1)细胞癌变的根本原因是 突变。癌细胞与正常细胞相比具有的特征有： （写出2点）。
(2)下列关于SCLC癌细胞的说法正确的是：_____（多选）。
A．SCLC发展早期，NE细胞类似于神经系统的突触前神经元B．NE细胞通过释放乙酰胆碱，可反向激活自身或邻近的NE细胞
C．NE细胞兴奋后向外释放Ca2+激活非NE细胞不同于神经冲动的突触传递
D．NE细胞主要通过将葡萄糖分解为丙酮酸供能，同时细胞内产生大量乳酸
E．研发Na+通道抑制剂或调控Ca2+信号的小分子药物可能有助于治疗SCLC
(3)请根据文中相应内容，使用图例与箭头表征NE细胞的代谢机制，完善答题纸上的图示模型 。
(4)研究人员认为NE细胞在SCLC发展过程中逐渐“神经元”化，试分析做出该判断的理由 （写出一
条即可）。
【答案】(1) 原癌基因和抑癌基因 能够无限增殖；形态结构发生显著变化；细胞膜上的糖蛋白减
少，细胞之间的黏着性显著降低，容易在体内分散和转移
(2)BCE
(3)
(4)神经末梢分泌的乙酰胆碱能激活NE细胞产生动作电位，且可以被TTX阻断；NE细胞能自主合成神经递
质乙酰胆碱；β -微管蛋白等神经元标志分子的含量也增加
3
【分析】突触前神经元上受到有效电刺激后，引起Na+内流，神经元由静息电位变为动作电位，电位变化
情况为由内负外正变为内正外负。当兴奋传至神经末梢的突触小体时，会引起神经递质的释放，从而进一
步引起下一个神经元的电位变化。
【详解】（1）细胞癌变的根本原因是原癌基因和抑癌基因发生突变。原癌基因主要负责调节细胞周期，
控制细胞生长和分裂的进程；抑癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖 。癌细胞与正常细胞相比，具有能
够无限增殖的特点，正常细胞一般只能分裂 50 - 60 次，而癌细胞不受限制；其形态结构会发生显著变化，
例如正常的成纤维细胞呈扁平梭形，癌变后变成球形；细胞表面的糖蛋白等物质减少，细胞间黏着性降低，
容易在体内分散和转移。
（2）A、SCLC 发展早期，神经末梢分泌的乙酰胆碱通过激活其受体触发 NE 细胞的电活动，类似于神经
系统中突触后神经元的作用，A错误；
B、SCLC肿瘤组织中的神经内分泌细胞（NE）与非NE细胞共存，SCLC发展早期肿瘤区域的（NE）分泌的
乙酰胆碱通过激活其受体触发NE细胞的电活动，达到反向激活自身或邻近的NE细胞，B正确；
C 、NE 细胞兴奋后向外释放 Ca²⁺流，并可跨越无细胞区域传播，并不依赖突触传递兴奋，不同于神经冲
动的突触传递，C正确；D 、NE 细胞因高 ATP 需求依赖有氧呼吸 Ⅱ、Ⅲ 阶段，而非主要通过将葡萄糖分解为丙酮酸供能并产生
大量乳酸（这是非传统癌细胞依赖的糖酵解过程特点） ，D错误；
E 、因为 NE 细胞存在向内或向外的阳离子电流，且动作电位可以被河豚毒素 TTX（Na⁺通道阻断剂）完
全抑制，同时NE细胞的电活动通过Ca²⁺信号通路激活促癌基因，所以研发Na⁺通道抑制剂或调控Ca²⁺信号
的小分子药物可能有助于治疗SCLC，E正确。
故选BCE。
（3）据题干“非NE细胞通过分泌乳酸和丙酮酸补充支持NE细胞的能量需求”需要添加非NE细胞丙酮酸
转变为乳酸的过程，以及丙酮酸通过丙酮酸双向转运体（MCT）运输给NE细胞的过程和乳酸通过乳酸外
运载体（MCT4）、乳酸内运载体（MCT1）运输给NE细胞的过程。又根据“NE细胞因高ATP需求依赖有
氧呼吸Ⅱ、Ⅲ阶段，而非传统癌细胞仅依赖糖酵解过程（第I阶段）”，需要增加乳酸转变成丙酮酸以及
丙酮酸通过线粒体丙酮酸载体（MPC）进入线粒体参加有氧呼吸Ⅱ、Ⅲ阶段的过程。具体如图：
（4）从文中可知，神经元具有电兴奋性这一重要特性。而 NE 细胞在 SCLC 发展过程中，也呈现出类似
神经元的电兴奋性，在受到刺激后能产生动作电位，且可以被TTX阻断，这与神经元的关键特征相符，所
以可作为 NE 细胞逐渐 “神经元” 化的一条理由。 此外，像 “NE 细胞能通过自主合成乙酰胆碱维持
自发的电活动，类似于神经元的功能调节方式” 等表述也可作为理由。β -微管蛋白等神经元标志分子的
3
含量也增加也可以是判断的理由。
15．（2025·北京大兴·模拟预测）大豆以其高蛋白质和高脂肪含量成为重要油料作物和植物蛋白来源。土
壤盐渍化伴随的盐胁迫会影响大豆的生长并导致大豆的品质下降，提高大豆的耐盐性对全球粮食安全至关
重要。
(1)酿酒酵母能够快速适应细胞外环境的极端变化，与已知多种耐盐植物一样，可以通过减少Na+内流并增
加外排，或者使其转移到 （细胞器）中，从而避免过多的Na+影响正常细胞代谢。研究者将大豆强
启动子与来源于酿酒酵母的耐盐基因ENA1连接，利用农杆菌转化法获得了转基因大豆植株（T 代），依
0
据 序列设计引物对转基因大豆T ~T 代进行了PCR跟踪检测，结果在三代转基因大豆植株中均能扩
2 4
增成功，证明 。
(2)大豆植株盐胁迫7天后测定植株叶片的干重和总叶绿素含量（图1），结果显示在盐胁迫条件下，对照
植株和转基因株系叶片的干重和叶绿素含量均显著下降，但转基因株系 ，说明ENA1基因的
显著提高了转基因大豆的盐胁迫耐受性。(3)研究者利用实时荧光定量PCR技术分别检测了转基因大豆在100mmol/L和200mmol/L NaCl胁迫后不同时
间点叶肉细胞中ENA1基因的相对表达量（图2），结果表明ENA1在大豆植株的表达受盐胁迫的诱导。请
从物质和能量角度分析这种环境诱导型基因表达模式的优点： 。
(4)未来研究还需重点关注转ENA1大豆株系在盐碱地中 等个体生物学水平的性状表现，评价其在实
际生产中的应用潜力。
【答案】(1) 液泡 ENA1基因 ENA1基因已经在转基因大豆不同代际间能够稳定遗传
(2) 下降幅度明显低于野生型 过表达
(3)无盐胁迫条件下，大豆植株不表达ENA1基因以减少额外的物质和能量消耗；在盐胁迫条件下迅速提高
ENA1基因表达量以增强适应能力
(4)植株长势、产量
【分析】PCR技术是聚合酶链式反应的缩写，是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复
制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
【详解】（1）液泡可以维持细胞渗透压，酿酒酵母通过减少Na+内流并增加外排，或者使其转移到液泡中，
从而避免过多的Na+影响正常细胞代谢。实验将大豆强启动子与来源于酿酒酵母的耐盐基因ENA1连接，希
望获得耐盐的大豆，所以为检测是否获得了转基因大豆，需要以目的基因及ENA1基因序列设计引物对转
基因大豆T ~T 代进行了PCR跟踪检测，结果在三代转基因大豆植株中均能扩增成功，证明ENA1基因已经
2 4
在转基因大豆不同代际间能够稳定遗传。
（2）比较图1在有盐胁迫条件下，对照植株和转基因株系叶片的干重和叶绿素含量均显著下降，但转基因株系（L16、L18）下降幅度明显低于野生型，研究者将大豆强启动子与来源于酿酒酵母的耐盐基因ENA1
连接，强启动子会促进ENA1基因过表达，说明ENA1基因的过表达显著提高了转基因大豆的盐胁迫耐受性。
（3）从图中看出，无盐胁迫条件下，大豆植株不表达ENA1基因以减少额外的物质和能量消耗；在盐胁迫
条件下迅速提高ENA1基因表达量以增强适应能力。
（4）未来研究还需重点关注转ENA1大豆株系在盐碱地中植株长势、产量等个体生物学水平的性状表现，
评价其在实际生产中的应用潜力。
16．（2025·北京大兴·模拟预测）科学家在小鼠体内发现肠道干细胞和分化细胞表现出互动关系，由此推
测肠道肿瘤中，癌干细胞（CSC）和癌分化细胞（CDC）之间可能也存在类似情况。
(1)癌细胞主要进行无氧呼吸产生乳酸，糖酵解过程的中间产物可转化为 等非糖物质，进而合成蛋
白质、核酸，以满足细胞增殖需要。
(2)科学家对癌干细胞和癌分化细胞的胞内乳酸生成量和细胞乳酸摄取量进行检测，图1、图2的结果显示，
癌干细胞的无氧呼吸强度 于癌分化细胞，癌干细胞的乳酸摄取量 于癌分化细胞。
(3)科学家研究了癌分化细胞产生的乳酸对癌细胞的影响，并对肿瘤类器官发育过程进行了成像分析。
科研人员认为高浓度乳酸会增加癌干细胞的数量，理由是： 。(4)从物质和能量角度，解释癌干细胞产生更少乳酸的原因： 。
(5)乳酸会增强组蛋白的乙酰化，导致MYC基因所在染色质的可塑性增大。BRD4可以识别乙酰化赖氨酸残
基并且招募转录因子。综上所述，下列推测正确的是_______。
A．MYC基因是一种原癌基因
B．乳酸作为一种信息分子在癌干细胞和癌分化细胞之间互动
C．无论是BRD4抑制剂，还是MYC抑制剂，都可以抑制CSC数量的增加
【答案】(1)氨基酸、核苷酸
(2) 低 高
(3)实验组癌干细胞分化比例显著低于对照组，说明乳酸可以抑制癌干细胞的分化；实验组癌分化细胞去分
化比例显著高于对照组，说明乳酸可以促进癌分化细胞的去分化；所以癌干细胞数量增多
(4)糖酵解中间产物更多用于合成氨基酸、核苷酸等物质，通过有氧呼吸产生更多ATP，以满足增殖需求
(5)ABC
【分析】1、细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽例如，在细胞呼吸过程中产生的
中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质；非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同，
这些物质可以进一步形成葡萄糖。蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
2、人和动物细胞中的DNA上本来就存在与癌变相关的基因：原癌基因和抑癌基因。一般来说，原癌基因
表达的蛋白质是细胞正常的生长和增殖所必需的，这类基因一旦突变或过量表达而导致相应蛋白质活性过
强，就可能引起细胞癌变。相反，抑癌基因表达的蛋白质能抑制细胞的生长和增殖，或者促进细胞凋亡，
这类基因一旦突变而导致相应蛋白质活性减弱或失去活性，也可能引起细胞癌变。
【详解】（1）细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽例如，在细胞呼吸过程中产生
的中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质。因此癌细胞糖酵解过程的中间产物可转化为氨基酸、核
苷酸等非糖物质，进而合成蛋白质、核酸，以满足细胞增殖需要。
（2）分析图1可知，癌干细胞的无氧呼吸产生的乳酸少于癌分化细胞，因此癌干细胞的无氧呼吸强度低
于癌分化细胞，分析图2可知，癌干细胞的乳酸摄取量高于癌分化细胞。
（3）根据题意，科学家研究了癌分化细胞产生的乳酸对癌细胞的影响，那么对照组癌细胞未作处理，实
验组用乳酸处理癌细胞，根据肿瘤类器官发育过程成像分析可知，实验组癌干细胞分化比例显著低于对照
组，说明乳酸可以抑制癌干细胞的分化；实验组癌分化细胞去分化比例显著高于对照组，说明乳酸可以促
进癌分化细胞的去分化；所以癌干细胞数量增多。
（4）细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽例如，在细胞呼吸过程中产生的中间产
物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质。从物质和能量角度分析，癌干细胞糖酵解中间产物更多用于合成
氨基酸、核苷酸等物质，通过有氧呼吸产生更多ATP，以满足增殖需求，因此癌干细胞产生更少的乳酸。
（5）结合第（5）问题意，乳酸会增强组蛋白的乙酰化，导致MYC基因所在染色质的可塑性增大，使得
MYC基因的表达增强，根据（3）小问的分析可知，高浓度乳酸会增加癌干细胞的数量，推测MYC基因可
能是原癌基因；BRD4可以识别乙酰化赖氨酸残基并且招募转录因子，进而促进MYC基因的表达，增加癌
干细胞的数量；则无论是BRD4抑制剂，还是MYC抑制剂，都可以抑制CSC数量的增加；根据（3）小问的
分析可知，乳酸可以抑制癌干细胞的分化，并促进癌分化细胞的去分化，可以看出乳酸作为一种信息分子
在癌干细胞和癌分化细胞之间互动。综上所述，ABC正确。故选ABC。17．（2025·北京·模拟预测）机体通过反馈调节机制调控线粒体的正常运转，以维持细胞的正常生理状态。
(1)人体内细胞呼吸的主要方式是 ；无氧呼吸时丙酮酸在 中可代谢产生乳酸。
(2)某疾病是由细胞代谢异常导致的，患者的相关检测指标如下表：
检测项目 结果 参考值
乳酸
15 ≤1.1
（mmol/L）
丙酮酸
0.1 0.09±0.02
（mmol/L
FGF21（pg/
617.4 ≤90
mL）
注：FOF21是调节细胞呼吸的关键因子
据此推测该病是细胞水平上 的功能异常导致的。
(3)为研究FGF21的作用机制，研究者体外培养成肌细胞，用FGF21刺激后检测ATP含量和细胞呼吸路径中
的相关蛋白的含量变化，结果如下图。
由此可知FGF21 。
(4)有研究表明 FGF21可以通过P-T蛋白促进Y蛋白表达。研究者抑制Y基因表达后，检测有氧呼吸第二阶
段关键基因IDH、第三阶段关键基因 ATP合酶基因的表达量，发现两者均较对照组低。综合上述信息，完
善FGF21调控细胞呼吸的路径图 。请在方框中选填“Y基因”、“ATP合酶基因”、“P-T蛋白”、
“IDH基因”，并在箭头上选标“+”、“-”（+表示促进，-表示抑制）。
【答案】(1) 有氧呼吸 细胞质基质(2)线粒体
(3)通过提高Y蛋白、P-T蛋白含量，促进细胞呼吸
(4)
【分析】有氧呼吸是细胞彻底氧化分解有机物产生二氧化碳和水同时释放能量的过程，有氧呼吸的第一阶
段是葡萄糖酵解产生丙酮酸和还原氢的过程，发生在细胞质基质中，第二阶段是丙酮酸和水反应形成二氧
化碳和还原氢的过程，发生在线粒体基质中，第三阶段是还原氢与氧气结合形成水的过程，发生在线粒体
内膜上。
【详解】（1）人体细胞在有氧气供应时，主要进行有氧呼吸，它能彻底分解有机物，释放大量能量，满
足生命活动需求；人体细胞无氧呼吸的场所是细胞质基质，在无氧条件下，丙酮酸在细胞质基质中被还原
为乳酸 。
（2）从表格数据看，患者乳酸含量远超参考值，丙酮酸含量正常，FGF21 含量大幅升高。FGF21 是调节
细胞呼吸关键因子，且线粒体是有氧呼吸主要场所，当线粒体功能异常时，有氧呼吸受阻，细胞会通过无
氧呼吸供能，导致乳酸积累，所以推测该病是线粒体功能异常导致。
（3）由图 1 可知，经 FGF21 刺激后，ATP 含量比对照组高；由图 2 可知，FGF21 刺激后，P - T 蛋白、
Y 蛋白含量比对照组高，说明 FGF21 能促进相关蛋白合成（增加其含量），进而促进细胞呼吸，使 ATP
生成量增加。
（4）已知 FGF21 可通过 P - T 蛋白促进 Y 蛋白表达，抑制 Y 基因表达后，有氧呼吸第二阶段关键基因
IDH、第三阶段关键基因 ATP 合酶基因的表达量均较对照组低。所以 FGF21 先作用于 P - T 蛋白（促进作
用） ，P - T 蛋白再作用于 Y 基因（促进作用） ，Y 基因分别促进 IDH 基因（有氧呼吸第二阶段关键基
因）和 ATP 合酶基因（有氧呼吸第三阶段关键基因）的表达。具体如图：
。
18．（2025·北京朝阳·二模）哺乳动物的脂肪组织包含白色脂肪组织（WAT）和棕色脂肪组织（BAT）。研
究者研究了BAT对癌细胞的影响。
(1)糖酵解是癌细胞获得能量的重要途径。糖酵解是有氧呼吸的第一阶段，该途径将葡萄糖分解为 ，
同时产生H+，H+被转运到胞外，引起细胞外酸化。(2)细胞外酸化速率（ECAR）反映细胞糖酵解能力。检测体外培养的乳腺癌细胞的ECAR，结果如图1。
①加入寡霉素后，ECAR继续上升的原因是细胞有氧呼吸受抑制， ，糖酵解加快。
②加入葡萄糖和寡霉素后，ECAR值的变化均来源于糖酵解的速率变化而非其它产H+途径的变化，证据是
。
(3)BAT在成年动物体内量很少。研究者向WAT中导入特定基因表达载体，使其转化为BAT，利用图2所示
装置共培养BAT和乳腺癌细胞3天后，分离癌细胞，测定其数量和糖酵解能力。
①与直接将两种细胞混合培养相比，图2装置可排除BAT细胞通过 影响癌细胞的可能。
②该实验设两组对照，对照组1为癌细胞单独培养，对照组2为 。
(4)实验结果显示，两个对照组间无显著差异，而实验组与对照组差异显著，表明BAT对癌细胞的增殖和糖
酵解能力有抑制作用。请在ECAR检测结果图中补充绘制实验组曲线。
【答案】(1)丙酮酸、[H]
(2) 细胞依赖无氧呼吸产生ATP以保证能量供应 加入2-脱氧葡萄糖后，ECAR值降至初始水平
(3) 直接接触 癌细胞与导入空载体的WAT用图2装置共培养(4)
【分析】有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第
一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和[H]，合成
少量ATP；第三阶段是氧气和[H]反应生成水，合成大量ATP。
【详解】（1）有氧呼吸的第一阶段是将葡萄糖分解为丙酮酸、[H]，同时产生H+，H+被转运到胞外，引起
细胞外酸化。
（2）①分析题意可知，寡霉素可抑制线粒体中ATP中合成酶的功能，而线粒体是有氧呼吸的主要场所内，
故加入寡霉素后，能够抑制有氧呼吸，ECAR继续上升的原因是细胞有氧呼吸受抑制，细胞依赖无氧呼吸产
生ATP以保证能量供应，糖酵解加快。
②葡萄糖是糖酵解的直接底物，寡霉素抑制有氧呼吸后，细胞只能依赖糖酵解产生能量，因此，ECAR的变
化直接反映了糖酵解速率的变化，排除了其他产H+途径的干扰，即加入2-脱氧葡萄糖后，ECAR值降至初
始水平，说明ECAR值的变化均来源于糖酵解的速率变化而非其它产H+途径的变化。
（3）①图2所示的装置通过物理隔离的方式，使得BAT细胞和乳腺癌细胞无法直接接触，从而排除了BAT
细胞通过直接接触影响癌细胞的可能性。
②对照组1是癌细胞单独培养，用于观察癌细胞在无其他细胞影响下的生长和代谢情况，对照组2是癌细
胞与导入空载体的WAT用图2装置共培养，用于观察WAT细胞对癌细胞的影响，从而与BAT细胞的影响进
行对比。
（4）根据实验结果，BAT对癌细胞的增殖和糖酵解能力有抑制作用，因此在ECAR检测结果图中，实验组
的曲线应低于对照组1和对照组2的曲线，表明BAT的存在降低了癌细胞的糖酵解速率，可绘制图形如下：19．（2025·北京石景山·一模）学习以下材料，回答以下问题。
肥胖者脂肪细胞中线粒体受损现象的揭秘
线粒体是细胞的“动力车间”。研究发现肥胖个体的脂肪细胞中出现功能减弱的碎片化线粒体，碎片化线
粒体通过细胞的自噬作用被清除，因此数量减少。某研究团队对此现象进行了探究。
研究者分别从高脂饮食小鼠和正常饮食小鼠体内分离出成熟脂肪细胞进行检测，发现在高脂饮食小鼠的脂
肪细胞中，编码RalA酶的RalA基因表达量大大增加。随后，该团队构建了脂肪组织RalA基因特异性缺失
的模型小鼠RalAK-，发现在吃普通食物的情况下，RalAK-和野生鼠的体重无明显差别；而换成高脂饮食后，
RalAK-的体重增加水平明显小于野生鼠。电子显微镜成像结果显示，野生鼠在摄入高脂食物后，脂肪组织中
的线粒体变小（呈球形），而RalAK-的线粒体始终处于功能更强的长杆状。
线粒体的分裂需要动力相关蛋白Drp1催化，主要发生在进行分裂的细胞中。Drp1的活性与线粒体的形态
密切相关（如下图）。蛋白磷酸化酶PP2Aa可使Drp1的Ser637位点磷酸化，抑制其活性。进一步研究表
明，RalA酶可与PP2Aa相互作用，解除Drp1的Ser637位点磷酸化，增强其活性，从而导致线粒体过度分
裂和破碎，抑制其氧化功能。
上述研究解释了肥胖状态下脂肪细胞中线粒体功能障碍的原因，为改善肥胖者的能量代谢提供新的思路。
(1)脂肪细胞中的线粒体将有氧呼吸第一阶段产生的 进一步氧化分解，产生 ，同时释放能量。
(2)饲喂高脂饮食的RalAK-小鼠和野生鼠的实验中，研究者还检测了其他指标。与野生鼠相比，RalAK-小鼠的
耗氧率 ，线粒体中控制有氧呼吸相关酶的基因表达量 。
(3)研究人员构建了蛋白磷酸化酶PP2Aa高表达（Drp1SD）和不表达的（Drp1SA）的脂肪细胞，测得Drp1SD细
胞的线粒体明显更长，同时还测定细胞的有机物氧化分解速率，结果如下图。此实验的目的是 。(4)根据文中信息，下列说法正确的是______。
A．脂肪细胞中的线粒体功能正常可防止能源物质过度堆积和肥胖
B．与未分裂的细胞相比，进行分裂的细胞中蛋白磷酸化酶PP2Aa活性升高
C．可开发RalA酶抑制剂作为保护线粒体的药物，解决肥胖症患者代谢问题
【答案】(1) 丙酮酸 CO 和H O
2 2
(2) 增加 增加
(3)探究Drp1Ser637磷酸化水平对线粒体形态及功能的影响
(4)AC
【分析】由题意可知，蛋白磷酸化酶PP2Aa可使Drp1的Ser637位点磷酸化，抑制其活性，RalA酶可与
PP2Aa相互作用，解除Drp1的Ser637位点磷酸化，增强其活性，从而导致线粒体过度分裂和破碎，抑制
其氧化功能，可开发RalA酶抑制剂作为保护线粒体的药物，解决肥胖症患者代谢问题。
【详解】（1）有氧呼吸第一阶段产生的丙酮酸进入线粒体进一步氧化，形成NADH和CO （有氧呼吸第二
2
阶段，同时释放少量能量），NADH与O 反应生成H O（有氧呼吸第三阶段，同时释放大量能量）。
2 2
（2）由题意可知，野生鼠在摄入高脂食物后，脂肪组织中的线粒体变小（呈球形），而RalAK-的线粒体始
终处于功能更强的长杆状，有氧呼吸增强，说明与野生鼠相比，RalAK-小鼠的耗氧率增加。线粒体中控制有
氧呼吸相关酶的基因表达量增加。
（3）由题意可知，蛋白磷酸化酶PP2Aa可使Drp1的Ser637位点磷酸化，抑制其活性，RalA酶可与PP2Aa
相互作用，解除Drp1的Ser637位点磷酸化，增强其活性，从而导致线粒体过度分裂和破碎，抑制其氧化
功能，研究人员构建了蛋白磷酸化酶PP2Aa高表达（Drp1SD）和不表达的（Drp1SA）的脂肪细胞，检测
Drp1SD细胞的线粒体性状和细胞的有机物氧化分解速率，其目的是探究Drp1的Ser637磷酸化水平对线粒体
形态及功能的影响。
（4）A、脂肪细胞中的线粒体功能正常，保证呼吸作用正常进行，消耗效应的能源物质，可防止能源物质
过度堆积和肥胖，A正确；
B、蛋白磷酸化酶PP2Aa可使Drp1的Ser637位点磷酸化，抑制其活性，RalA酶可与PP2Aa相互作用，解除
Drp1的Ser637位点磷酸化，增强其活性，从而导致线粒体过度分裂和破碎，抑制其氧化功能，与未分裂
的细胞相比，进行分裂的细胞代谢更加旺盛，线粒体更加活跃，其中蛋白磷酸化酶PP2Aa活性降低，B错
误；C、RalA酶可与PP2Aa相互作用，解除Drp1的Ser637位点磷酸化，增强其活性，从而导致线粒体过度分裂
和破碎，抑制其氧化功能，抑制RalA酶活性可保护线粒体不被破坏，可开发RalA酶抑制剂作为保护线粒
体的药物，解决肥胖症患者代谢问题，C正确。
故选AC。
